Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

связать этот эффект с постепенным уменьшением продолжительности месяца. Этот анализ был дополнен проведенным им исследованием движения спутников Юпитера. (На деле, Юпитер учитывался при расчете поведения нашей собственной Луны.) Он рассчитал теоретическое выражение для векового ускорения Луны, которое во времена его жизни давало значение около 10,1816″, близкое к лучшим историческим свидетельствам; и он показал, что примерно через 24 000 лет вековое изменение сменит знак, и месяц начнет удлиняться.

181

Пьер-Симон маркиз де Лаплас (1749–1827)

Когда Лагранж прочел работу, в которой объявлялось об этих открытиях, он пересмотрел свою раннюю работу 1783 г. и обнаружил упущение, дающее при правильном использовании почти такой же результат, как у Лапласа. Спустя много лет «первооткрыватель Нептуна» Джон Куч Адамс показал, что теория Лапласа не может объяснить все известные эффекты, но его достижение бесспорно имело важное значение и в течение долгого времени рассматривалось как шедевр небесной механики.

К чести Лапласа, у него было множество других заслуг в области теории тяготения. Например, он не только обнаружил связь между формой Земли и некоторыми нарушениями движения Луны, но и приложил это наряду с вращением Земли к теории приливов. Одним из величайших его достижений было объяснение особых колебаний орбитальных скоростей Юпитера и Сатурна. Он обнаружил, что они возникают в результате любопытной зависимости между периодами обращения планет, пятикратный период Юпитера почти в точности равен двукратному периоду Сатурна. Однако одно из его высочайших достижений, по всей видимости, затрагивает вопрос, вызывавший большую обеспокоенность у тех, кто пытался связать астрономию с естественной религией. Это была его работа, посвященная устойчивости Солнечной системы. Способна ли она существовать вечно, без вмешательства божественного часовщика? Лейбниц подтрунивал над Сэмюэлем Кларком, упоминая о несовершенстве ньютоновской Вселенной, которая, по его словам, нуждается в том, чтобы Бог время от времени заводил ее механизм, а это содержало скрытый намек: Бог – грубый ремесленник.

Вопрос устойчивости был достойной проверкой на совершенство математического мастерства. Лаплас весьма активно использовал метод Лагранжа – введение в качестве переменных шести элементов планетных орбит (эксцентриситета, положения афелия и других определяющих его параметров) – и в 1773 г. был готов к доказательству того, что даже если элементы одной из планет будут возмущены другой планетой, ее среднее расстояние от Солнца не изменится сколько-нибудь значительно и на протяжении тысячелетий. В течение нескольких следующих лет Лаплас сосредоточился на этом вопросе, применив более сложные теоремы, имеющие отношение к расстояниям, эксцентриситетам и углам в орбитальных плоскостях, и, судя по всему, вновь пришел к аналогичному выводу: Солнечная система в высшей степени устойчива. Он показал, что в Солнечной системе существует плоскость, относительно которой осциллирует вся система. В более поздних исследованиях было принято во внимание действие трения приливных сил и снова сочтено необходимым дать более точное определение доводам Лапласа, но общая схема его анализа осталась неизменной, что в глазах великих последователей Ньютона, работавших на протяжении столетия после его смерти, стало замечательным свидетельством истинности его достижений.

НЕБУЛЯРНАЯ ГИПОТЕЗА ЛАПЛАСА

В произведении Лапласа «Exposition du système du monde» приводится нематематическое изложение его главной работы, а также множество новых идей. В книге V этого неоднократно пересматриваемого труда приводится обзор вопросов, которые он нигде не рассматривал математически; она состоит из пяти глав с тщательно отобранным материалом по истории астрономии и шестой, заключительной, главы, выражающей его новые идеи по широкому кругу космологических вопросов. Эта последняя глава, насчитывающая только одиннадцать страниц, привлекла внимание как широкой аудитории, так и профессиональных астрономов, особенно в том, что сегодня обычно называют «небулярной гипотезой» Лапласа. Предоставив полную свободу действий своему воображению, он, совершенно очевидно, вдохновлялся некоторыми из идей молодого преподавателя, зоолога барона Жоржа Кювье. Если Кювье пытался показать, как сохранились живущие ныне виды, то Лаплас хотел продемонстрировать, что законы природы могут гарантированно обеспечить продолжительное существование Солнечной системы, а следовательно, и всей Вселенной. Это была мысль, которую он считал частично вытекающей из его теоретической работы, посвященной устойчивости Солнечной системы, поскольку для этого не требовалось вводить какие-либо внешние причины.

Поколением ранее французский натуралист Жорж-Луи Леклерк де Бюффон размышлял о происхождении планет в нашей системе. Он предположил, что комета, столкнувшись с Солнцем, вырвала из него материю, которая затем остыла и сконденсировалась в планеты. Подход Лапласа к этому вопросу был более всеобъемлющим. Ввиду громадности нашей системы он решил, что материя, из которой сформировались кометы, должна являться неким подобием атмосферы или флюидом, охватывающим эту атмосферу (предположительно, солнечную атмосферу). В этом случае планеты будут формироваться в результате сжатия в плоскости солнечного экватора, каждая планета удерживает рядом с собой свою атмосферу, из которой могут сформироваться спутники. Кометы тоже могут сформироваться по примеру планет, но не все из них движутся одинаковым образом: кометы с вытянутыми орбитами, скорее всего, будут в конечном счете попадать на свои орбиты случайным образом. Однако случайность, как он продемонстрировал в гениальной части своего анализа, легко доступной для рядового читателя и занимающей не более страницы последней короткой главы, не может быть альтернативой формированию системы как единого целого.

Он рассмотрел орбиты семи известных к тому времени планет (включая Уран) и их четырнадцати спутников – тех, что были открыты ко времени публикации первого издания его книги в 1796 г. Все они обращались примерно в одной и той же плоскости и (как он ошибочно думал) в одном и том же направлении, и это направление совпадало с направлением вращения Солнца, Луны, пяти планет, а также колец и внешних спутников Сатурна. (Как упоминалось ранее, обратное движение Титании и Оберона, спутников Урана, Гершель открыл только в 1798 г.) Таким образом, имелось 29 известных круговых движений, а значит 229 возможных ориентаций направлений вращения. Если бы все было предоставлено случаю, то вероятность того, что только одна планета из 29 будет двигаться в обратном направлении, составляла бы 2-29 против 1, другими словами, оказалась бы маловероятной. (Но вероятность этого, отмечал он, несравнимо выше вероятности многих исторических событий, в истинности которых мы никогда не сомневались.) Это если говорить с точки зрения случая. Но наш опыт показывает: мир не таков, каким он был бы, если бы всем правил случай, а потому мир таков, как если бы он управлялся некой первопричиной. Другие вероятностные соображения, например тот факт, что все эксцентриситеты планетных орбит относительно малы, приводят к тому же выводу.

Мы уже видели, что ученый понимал под этой причиной. Он охарактеризовал ее в своей небулярной теории. Со временем, он должен был понимать, она будет оспорена, но даже если бы ее развенчали еще при его жизни, он хотел оставить за собой право гордиться своими доводами в пользу каузальной монолитности системы. На самом деле, хотя его небулярная гипотеза разделялась многими сторонниками, она раздражала значительное количество религиозных фундаменталистов, и со временем было признано, что она плохо согласуется с данными о массах и энергиях Солнца и планет. На долю планет приходится только одна тысячная часть массы Солнечной системы, но при этом 98 процентов общего момента импульса – гораздо больше, чем требовали идеи Лапласа. Несомненно, он нашел бы этому объяснение.

И последнее соображение, касающееся слов «небула» и «небулярный». Гипотеза Лапласа была «небулярной» в том смысле, что атмосфера представляла собой некое облако, и являлась «небулой» именно в этом смысле,